EP2982227B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer abdichtung zwischen einem träger eines elektrischen bauteils und einer den träger zumindest teilweise umgebenden umspritzung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer abdichtung zwischen einem träger eines elektrischen bauteils und einer den träger zumindest teilweise umgebenden umspritzung Download PDF

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EP2982227B1
EP2982227B1 EP14728817.9A EP14728817A EP2982227B1 EP 2982227 B1 EP2982227 B1 EP 2982227B1 EP 14728817 A EP14728817 A EP 14728817A EP 2982227 B1 EP2982227 B1 EP 2982227B1
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    • B29L2031/3481—Housings or casings incorporating or embedding electric or electronic elements

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a seal between a carrier of an electrical component and a plastic encapsulation at least partially surrounding the carrier, and to a device for producing a seal between a carrier of an electrical component and an encapsulation at least partially surrounding the carrier Plastic according to claim 2, in particular between a coil and an extrusion coating.
  • a coil is known in an electromagnetic valve, in which laser welding seams are subsequently introduced on the outside in order to produce a seal between a coil carrier and a connection housing.
  • From the EP 2 226 185 A1 is a method of making a seal between a carrier of an electrical component and a plastic encapsulation at least partially surrounding the carrier, the carrier having at least one projection facing the extrusion coating and the carrier in the region of the at least one projection being brought into a liquid or melted state by a laser welding device .
  • a device for sealing between a carrier of an electrical component and a plastic encapsulation at least partially surrounding the carrier wherein the carrier has at least one projection facing the encapsulation and wherein the device has a tight material connection between the carrier and the encapsulation, which by a partial melting of the protrusions occurs by means of an energy input.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for producing an improved seal between a carrier of an electrical component and a plastic encapsulation at least partially surrounding the carrier.
  • the device has a tight, cohesive connection between the carrier and the extrusion coating, which is formed by an energy effect in the axial direction with respect to the longitudinal axis of the component in the direction of the at least one projection.
  • the energy is applied immediately before the encapsulation is applied with the aid of an auxiliary tool movably mounted in the tool or in at least one of several tool parts, the auxiliary tool being provided by a laser welding device or a hot gas welding device is formed.
  • This device ensures a process-reliable, permanently tight connection. Due to the axial action of energy, a higher pressure can be built up, at least one circumferential, rib-shaped projection additionally providing for an enlarged connection area between the carrier and the extrusion coating.
  • the projection can preferably have a triangular, a rectangular, a trapezoidal or a semicircular cross section.
  • An arrangement of two projections arranged parallel to one another at a small distance is particularly suitable, in which the energy effect is directed in particular at the intermediate space between the projections.
  • the device is designed such that the energy is applied by means of laser welding or hot gas welding.
  • pressure can also be generated by a glass printing plate that is transparent to the laser beams.
  • a macromelt process or a hotmelt process in the form of thermoplastic or reactive (PUR) hotmelts can also be used.
  • the potting materials of the Macromelt process are thermoplastic hot melt adhesives based on polyamide. These processes can also be used to produce an “encapsulation” in the sense of this invention.
  • a method according to the invention is characterized in that the carrier is brought into a liquid or molten state in the region of the at least one projection by the action of energy and / or pressure.
  • the at least one nozzle channel for feeding in the hot gas of the hot gas welding device can preferably be closed by means of a closure element, so that the nozzle channel is sealed against the infiltrating plastic material when the coating is introduced and is not glued.
  • Figure 1 is one of the DE 10 2007 052 224 A1 known seal known.
  • a carrier 12 of an electrical component 10 preferably designed as a coil, are outwardly projecting, circumferential rib-shaped projections 15 which melt when the extrusion coating 20 is produced and are thus intended to form a tight connection with the plastic of the extrusion coating 20.
  • the plastic of the encapsulation 20 loses energy relatively quickly when it is injected into a tool, so that the projections 15 in Melt partial areas of the circumference insufficiently and therefore no permanent tightness is achieved.
  • Devices according to the invention provide a remedy according to Figures 2 to 5 What they all have in common is that a tight, material connection between the carrier 12 and the extrusion coating 20 is produced by the action of energy and / or pressure.
  • the axial energy and / or pressure is preferably carried out by a laser welding device, which in the direction of arrows "B", ie parallel to the longitudinal axis "L" of the component 10, on the outer wall of the carrier 12 and the projections 15, 16, 17 or 18 arranged there acts.
  • a laser welding device which in the direction of arrows "B", ie parallel to the longitudinal axis "L" of the component 10, on the outer wall of the carrier 12 and the projections 15, 16, 17 or 18 arranged there acts.
  • Projections 15 with a triangular cross section are shown.
  • Projections 16 are shown with a rectangular cross section.
  • Projections 17 with a semicircular cross section are in the upper half of the Figure 2B shown.
  • Two parallel, slightly spaced projections 18 are in the lower half of the Figure 2B shown.
  • an auxiliary tool 36 is used, which is designed like a hood and as a hot gas welding device in a state retracted into the cavity for the plastic of the encapsulation 20 which is subsequently introduced (according to FIG Figure 3 ) the outer wall of the carrier 12 in the region of the projections 15 (upper part of the Fig. 3 ) or 16 (lower part of the Fig. 3 ) melts.
  • the auxiliary tool 36 is then withdrawn from the cavity into the tool 30 ( Fig. 4 ) and the plastic of the extrusion coating 20 is introduced into the cavity. Due to the heating of the protrusions 15 or 16 and / or adjacent areas that took place shortly before, the plastic of the extrusion coating 20 is able to establish a tight, material connection with the plastic of the carrier 12 enter into.
  • the auxiliary tool 40 is formed by another hot gas welding device. As shown in Figure 5 in their operating position are made on two rib-like projections 18 which are rectangular in cross section and heat and melt the projections 18 and their intermediate space by injecting hot gas through the nozzle channel 42.
  • the auxiliary tool branch 40 is then withdrawn, with a conical sealing surface of a piston 44 movable in the auxiliary tool 40 bearing against a conical sealing surface 43 which adjoins the inner end of the nozzle channel 42.
  • a plunger-shaped closure element 46 which is arranged on the front of the piston 44, completely closes the nozzle channel 42.
  • the auxiliary tool 40 in conjunction with the end face of the closure element 46, forms a flush component of the part 34 of the tool 30 delimiting the cavity for the extrusion coating 20.
  • the invention is generally suitable for improved sealing of a carrier or housing of an electrical or electronic component made of plastic with respect to extrusion coating.
  • the invention is particularly preferably used for the improved sealing of a coil which is used in the splash water area of a vehicle.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem Träger eines elektrischen Bauteils und einer den Träger zumindest teilweise umgebenden Umspritzung aus Kunststoff gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem Träger eines elektrischen Bauteils und einer den Träger zumindest teilweise umgebenden Umspritzung aus Kunststoff gemäß Anspruch 2, insbesondere zwischen einer Spule und einer Umspritzung.
  • Aus der DE 10 2007 052 224 A1 ist eine Abdichtung bekannt, bei der an einem Spulenträger außen liegend Schmelzrippen angebracht sind, die beim Umspritzen des Spulenträgers mit einem Kunststoffmaterial aufschmelzen und dadurch eine dichtende Verbindung zwischen dem Spulenträger und der Umspritzung herstellen sollen. Diese Art der Abdichtung hat sich insbesondere für Spulen, die einem salzigen Spritzwasser ausgesetzt sind - beispielsweise bei solchen Spulen, wie sie bei Fahrwerksregelungen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen - als nicht dauerhaft dicht erwiesen. Dieser Stand der Technik ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.
  • Ferner ist aus der DE 20 2011 052 516 A1 eine Spule in einem Elektromagnetventil bekannt, bei der zur Erzeugung einer Abdichtung zwischen einem Spulenträger und einem Anschlussgehäuse gemäß einer Ausführungsform nachträglich Laserschweißnähte außen liegend eingebracht werden.
  • Aus der EP 2 226 185 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem Träger eines elektrischen Bauteils und einer den Träger zumindest teilweise umgebenden Umspritzung aus Kunststoff bekannt, wobei der Träger zumindest einen der Umspritzung zugewandten Vorsprung aufweist und wobei der Träger im Bereich des wenigstens einen Vorsprungs durch eine Laserschweißvorrichtung in einen flüssigen oder schmelzförmigen Zustand gebracht werden kann.
  • Ferner ist aus der EP 1 614 518 A2 eine Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem Träger eines elektrischen Bauteils und einer den Träger zumindest teilweise umgebenden Umspritzung aus Kunststoff bekannt, wobei der Träger zumindest einen der Umspritzung zugewandten Vorsprung aufweist und wobei die Vorrichtung eine dichte stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Träger und der Umspritzung aufweist, die durch ein teilweises Schmelzen der Vorsprünge mittels eines Energieeintrags entsteht.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer verbesserten Abdichtung zwischen einem Träger eines elektrischen Bauteils und einer den Träger zumindest teilweise umgebenden Kunststoff-Umspritzung.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine verbesserte Vorrichtung ist im Anspruch 2 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfinderische Lösung sieht vor, dass die Vorrichtung eine dichte, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Träger und der Umspritzung aufweist, die durch eine Energieeinwirkung in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse des Bauteils in Richtung auf den wenigstens einen Vorsprung gebildet wird. Die Energieeinwirkung erfolgt unmittelbar vor dem Aufbringen der Umspritzung mit Hilfe eines im Werkzeug oder in wenigstens einem von mehreren Werkzeugteilen bewegbar gelagerten Hilfswerkzeuges, wobei das Hilfswerkzeug von einer Laserschweißvorrichtung oder einer Heißgasschweißvorrichtung gebildet wird.
  • Durch diese Vorrichtung ist eine prozesssichere, dauerhaft dichte Verbindung gewährleistet. Aufgrund der axialen Energieeinwirkung lässt sich ein höherer Druck aufbauen, wobei wenigstens ein umlaufender, rippenförmiger Vorsprung zusätzlich für eine vergrößerte Verbindungsfläche zwischen dem Träger und der Umspritzung sorgt. Der Vorsprung kann bevorzugt einen dreieckigen, einen rechteckigen, einen trapezförmigen oder einen halbrunden Querschnitt aufweisen. Gut geeignet ist eine Anordnung aus zwei in geringem Abstand parallel zueinander angeordneten Vorsprüngen, bei denen die Energieeinwirkung insbesondere auf den Zwischenraum zwischen den Vorsprüngen gerichtet ist.
  • Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Energieeinwirkung mittels Laserschweißen oder Heißgasschweißen erfolgt. Beim Laserschweißen kann ein Druck zusätzlich durch eine für die Laserstrahlen durchlässige Glasdruckplatte erzeugt werden.
  • Alternativ zu einer klassischen Umspritzung kann auch ein Makromelt-Verfahren oder ein Hotmelt-Verfahren in Form von thermoplastischen oder reaktiven (PUR-) Hotmelts zum Einsatz kommen. Bei den Vergusswerkstoffen des Makromelt-Verfahrens handelt es sich um thermoplastische Schmelzklebstoffe auf Basis von Polyamid. Mittels dieser Verfahren kann ebenfalls eine "Umspritzung" im Sinne dieser Erfindung erzeugt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger im Bereich des wenigstens einen Vorsprungs durch eine Energieeinwirkung und/oder Druckeinwirkung in einen flüssigen oder schmelzförmigen Zustand gebracht wird.
  • Dies erfolgt unmittelbar vor dem Aufbringen der UmspritzungDer wenigstens eine Düsenkanal zur Einspeisung des Heißgases der Heißgasschweißvorrichtung ist bevorzugt mittels eines Verschlusselements verschließbar, so dass der Düsenkanal beim Einbringen der Umspritzung gegenüber dem einschießenden Kunststoffmaterial abgedichtet ist und nicht verklebt.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren die gleichen Elemente. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 2A
    eine schematische Ansicht einer ersten und zweiten Ausführungsform (in der oberen und in der unteren linken Bildhälfte) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abdichtung,
    Fig. 2B
    eine schematische Ansicht einer dritten und vierten Ausführungsform (in der oberen und in der unteren rechten Bildhälfte) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abdichtung,
    Fig. 3
    eine schematische Ansicht einer fünften und sechsten Ausführungsform (in der oberen und in der unteren Bildhälfte) einer erfindungsgemäßen nur zur Hälfte dargestellten Vorrichtung zur Abdichtung mit einer schematisch angedeuteten Vorrichtung zur Herstellung,
    Fig. 4
    eine schematische Ansicht einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen nur zur Hälfte dargestellten Vorrichtung zur Abdichtung mit einer schematisch angedeuteten Vorrichtung zur Herstellung, und
    Fig. 5
    eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen nur zur Hälfte dargestellten Vorrichtung zur Abdichtung mit einer schematisch angedeuteten Vorrichtung zur Herstellung.
  • In Figur 1 ist eine aus der DE 10 2007 052 224 A1 bekannte Abdichtung bekannt. Dabei sind an einem Träger 12 eines bevorzugt als Spule ausgebildeten elektrischen Bauteils 10 nach außen vorspringende, umlaufende rippenförmige Vorsprünge 15 angeordnet, die beim Erzeugen der Umspritzung 20 aufschmelzen und dadurch mit dem Kunststoff der Umspritzung 20 eine dichte Verbindung eingehen sollen. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass der Kunststoff der Umspritzung 20 beim Einspritzen in ein Werkzeug relativ schnell an Energie verliert, so dass die Vorsprünge 15 in Teilbereichen des Umfangs häufig nur unzureichend aufschmelzen und somit keine dauerhafte Dichtigkeit erreicht wird.
  • Für Abhilfe sorgen erfindungsgemäße Vorrichtungen gemäß den Figuren 2 bis 5, denen gemeinsam ist, dass bei Ihnen durch eine Energie- und/oder Druckeinwirkung eine dichte, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Träger 12 und der Umspritzung 20 erzeugt wird.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2A und 2B, die sich durch unterschiedliche Formen der rippenartigen Vorsprünge unterscheiden, erfolgt die axiale Energie- und/oder Druckeinwirkung bevorzugt durch eine Laserschweißvorrichtung, die in Richtung der Pfeile "B", also parallel zur Längsachse "L" des Bauteils 10, auf die Außenwand des Trägers 12 und die dort angeordneten Vorsprünge 15, 16, 17 oder 18 einwirkt. Im oberen Teil der Figur 2A sind Vorsprünge 15 mit dreieckförmigem Querschnitt dargestellt. Im unteren Teil der Figur 2A sind Vorsprünge 16 mit rechteckförmigem Querschnitt dargestellt. Vorsprünge 17 mit halbrundem Querschnitt sind in der oberen Hälfte der Figur 2B gezeigt. Zwei parallel angeordnete, geringfügig voneinander beabstandet verlaufende Vorsprünge 18 sind in der unteren Hälfte der Figur 2B dargestellt.
  • In der Ausführungsform gemäß Figur 3 und 4 kommt in einem aus zwei Werkzeughälften 32 und 34 bestehenden Formwerkzeug 30 ein Hilfswerkzeug 36 zum Einsatz, das wie eine Haube ausgebildet ist und als Heißgasschweißvorrichtung in einem in die Kavität für den später eingebrachten Kunststoff der Umspritzung 20 eingefahrenen Zustand (gemäß Figur 3) die Außenwand des Trägers 12 im Bereich der Vorsprünge 15 (oberer Teil der Fig. 3) oder 16 (unterer Teil der Fig. 3) anschmilzt. Anschließend wird das Hilfswerkzeug 36 aus der Kavität ins Werkzeug 30 zurückgezogen (Fig. 4) und der Kunststoff der Umspritzung 20 in die Kavität eingebracht. Aufgrund der kurz davor erfolgten Erhitzung der Vorsprünge 15 bzw. 16 und/oder benachbarter Bereiche ist der Kunststoff der Umspritzung 20 in der Lage, eine dichte materialschlüssige Verbindung mit dem Kunststoff des Trägers 12 einzugehen.
  • In der Ausführungsform gemäß Figur 5 wird das Hilfswerkzeug 40 von einer anderen Heißgasschweißvorrichtung gebildet. Diese kann gemäß der Darstellung in Figur 5 in ihrer Betriebsstellung an zwei im Querschnitt rechteckförmige rippenartige Vorsprünge 18 angestellt werden und durch Einspreisung von Heißgas durch den Düsenkanal 42 die Vorsprünge 18 und deren Zwischenraum erhitzen und anschmelzen. Das Hilfswerkzweug 40 wird dann zurückgezogen, wobei sich eine konische Dichtfläche eines im Hilfswerkzeug 40 bewegbaren Kolbens 44 an eine konische Dichtfläche 43 anlegt, die sich an das innere Ende des Düsenkanals 42 anschließt. Gleichzeit verschließt ein Stößel-förmiges Verschlusselement 46, das an der Vorderseite des Kolbens 44 angeordnet ist, den Düsenkanal 42 vollständig. Das Hilfswerkzeug 40 bildet in zurückgezogenem Zustand in Verbindung mit der Stirnfläche des Verschlusselements 46 einen bündigen Bestandteil des die Kavität für die Umspritzung 20 begrenzenden Teils 34 des Werkzeugs 30.
  • Die Erfindung ist allgemein für eine verbesserte Abdichtung eines aus Kunststoff bestehenden Trägers oder Gehäuses eines elektrischen oder elektronischen Bauteils gegenüber einer Umspritzung geeignet. Besonders bevorzugt wird die Erfindung für die verbesserte Abdichtung einer Spule verwendet, die im Spritzwasserbereich eines Fahrzeugs eingesetzt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Bauteil (Spule)
    12
    Träger
    15
    Vorsprung (dreieckig)
    16
    Vorsprung (rechteckig)
    17
    Vorsprung (halbrund)
    18
    Vorsprünge (rechteckförmige)
    20
    Umspritzung
    30
    Form (Werkzeug)
    32
    erste Formhälfte (von 30)
    34
    zweite Formhälfte (von 30)
    36
    Hilfswerkzeug
    40
    Hilfswerkzeug
    42
    Düsenkanal
    43
    Dichtsitz
    44
    Kolben
    46
    Verschlusselement
    B
    Axialschweißung
    L
    Längsachse (von 10 und 12)

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem Träger (12) eines elektrischen Bauteils (10) und einer den Träger (12) zumindest teilweise umgebenden Umspritzung (20) aus Kunststoff, wobei der Träger (12) in ein Werkzeug (30) eingelegt wird, das eine Kavität zur Einbringung des Kunststoff-Materials zur Bildung der Umspritzung (20 aufweist, wobei der Träger (12) zumindest einen der Umspritzung zugewandten Vorsprung (15, 16, 17, 18) aufweist, wobei der Träger (12) im Bereich des wenigstens einen Vorsprungs (15, 16, 17, 18) unmittelbar vor dem Aufbringen der Umspritzung (20) mit Hilfe eines im Werkzeug (30) oder in wenigstens einem von mehreren Werkzeugteilen (32, 34) bewegbar gelagerten Hilfswerkzeuges (36; 40) durch eine bezogen auf die Längsachse des Bauteils (10) axiale Energieeinwirkung und/oder Druckeinwirkung in einen flüssigen oder schmelzförmigen Zustand gebracht wird, wobei das Hilfswerkzeug von einer Laserschweißvorrichtung (36) oder einer Heißgasschweißvorrichtung (40) gebildet wird.
  2. Vorrichtung zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem Träger (12) eines elektrischen Bauteils (10) und einer den Träger (12) zumindest teilweise umgebenden Umspritzung (20) aus Kunststoff, wobei die Vorrichtung ein Werkzeug (30) umfasst, in das der Träger (12) eingelegt werden kann und das eine Kavität zur Einbringung des Kunststoff-Materials zur Bildung der Umspritzung (20) aufweist, wobei im Werkzeug (30) oder in wenigstens einem von mehreren Werkzeugteilen (32, 34) wenigstens ein bewegbar gelagertes Hilfswerkzeug (36; 40) angeordnet ist, das von einer Laserschweißvorrichtung (36) oder einer Heißgasschweißvorrichtung (40) gebildet wird, und wobei der Träger (12) so in das Werkzeug (30) einlegbar ist, dass durch das Hilfswerkzeug (36; 40) parallel zu der Längsachse (L) des Bauteils (10) unmittelbar vor dem Aufbringen der Umspritzung (20) eine axiale Energie- und/oder Druckeinwirkung im Bereich eines auf einer Außenwand des Trägers (12) angeordneten Vorsprungs (15, 16, 17, 18) erfolgen kann.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasschweißvorrichtung (40) wenigstens ein Verschlusselement (46) zum Verschließen wenigstens eines Düsenkanals (42) aufweist.
EP14728817.9A 2013-04-02 2014-04-01 Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer abdichtung zwischen einem träger eines elektrischen bauteils und einer den träger zumindest teilweise umgebenden umspritzung Active EP2982227B1 (de)

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